复合材料减震降噪抗冲击性能一体化测试仪及测试方法技术

本发明专利技术涉及材料测试技术领域，具体涉及复合材料减震降噪抗冲击性能一体化测试仪及测试方法，测试仪包括混响箱、消声箱及上下箱体支撑连接台体、大功率高音号角及前置功率放大器和纯后级功率放大器、多组压电陶瓷及压电陶瓷驱动电源、弹丸离心加速弹射装置。和多组弹丸传感器、可伸缩式支撑框架、蛇形可伸缩细管、激光位移传感器、高速摄像头、多个声压传感器、弹丸回收装置和数据采集仪，本发明专利技术可同时满足复合材料减振、降噪、抗冲击性能的一体化测试需求，测试指标全面，且具有高效、可移动的优点，便于在现场进行测试，客观评价复合材料减震降噪抗冲击性能。

【技术实现步骤摘要】
复合材料减震降噪抗冲击性能一体化测试仪及测试方法
本专利技术涉及材料测试
，具体涉及一种复合材料减震降噪抗冲击性能一体化测试仪及测试方法。
技术介绍
随着我国空军对高性能运输机、超音速战斗机、高速直升机等飞行器的加速列装以及动力装备的升级换代，带来了日益严峻的飞行器舱室振动噪声控制问题。另一方面，对于作战规模和能力不断跃升的水面舰艇和潜艇，随着其威胁目标复杂性的大大增强，如何提高其减振降噪及抗冲击性能，以满足隐蔽性、居住性、安全性的苛刻要求，也日益成为我国海军装备发展中面临的一项亟待解决的问题。由于复合材料具有轻质、高强的结构特征和优异的力学性能，该材料被认为是解决我国空军、海军装备振动、噪声和冲击问题的关键材料。然而，目前人们对复合材料开展减振降噪抗冲击一体化研究的并不多见，以往针对新材料的实验研究，绝大多数是将其减振性能实验、降噪性能和抗冲击性能实验人为地分开。例如，专利CN106768540A设计了一种减振效率测试平台，该平台可模拟不同振幅与频率的振动以调试主动减振装置，但是该平台仅可测试设备的减振特性。专利CN108593270A开发出一种基于锤击法原理的单自由度减振装置测试平台，该平台可测试减振装置的刚度及阻尼比，但是激励方式局限于锤击。专利CN106289824A设计了一种测试自由状态火车车轮声辐射特性的装置，该装置钢球冲击激励，激励方式较为单一；另外，装置处于开放环境，无法有效降低回声影响。专利CN109000877A开发出一种冲击测试系统，该系统可有效防止实验中的二次冲击。以上专利均局限于测试材料或设备的某一方面特性，无法做到综合评价。在综合特性测试方面，专利CN208506074U设计了一种温度与冲击综合测试台，可综合测试材料的热-冲击性能。专利CN107966259A提出一种热环境下纤维增强复合薄壁构件的冲击性能试验装置。专利CN108760205A研制出一种自激式冲击-振动复合试验设备，虽然可以进行冲击-振动复合力学特性综合测试，但是仍需要与振动台配合使用，无法实现便携性。尽管以上相关专利实现了某些方面的综合测试，但是集成度仍然不高，无法同时开展振动、噪声、冲击特性研究。将减振、降噪、抗冲击性能分开测试，导致测试效率不高，且由于安装边界条件和测试场地的调整，容易造成被测样件固有特性参数的改变，严重影响了测试的准确性。然而，目前市面上已有的测试仪器绝大多只针对材料的某一种性能开展测试，若需要了解材料的减振降噪抗冲击性能，则需要花费大量的人力和物力来搭建实验系统，进而会导致所用的测试系统和测试仪器的体积过于庞大、成本极其高昂，不适用于工程现场使用，也缺乏一套行之有效的测试方法可以高效、快捷、准确地获取复合材料的减振降噪抗冲击性能。上述测试仪器、测试方法的缺失，严重影响了我国军工研发单位科技人员对高性能复合材料减振降噪抗冲击性能的客观评判，严重制约了我国研制新一代空军和海军武器装备的发展步伐。
技术实现思路
为解决上述技术问题，本专利技术提供复合材料减震降噪抗冲击性能一体化测试仪及测试方法。具体技术方案如下：复合材料减震降噪抗冲击性能一体化测试仪，包括混响箱、消声箱及上下箱体支撑连接台体、大功率高音号角及前置功率放大器和纯后级功率放大器、多组压电陶瓷及压电陶瓷驱动电源、弹丸离心加速弹射装置和多组弹丸传感器、可伸缩式支撑框架、蛇形可伸缩细管、激光位移传感器、高速摄像头、多个声压传感器、弹丸回收装置和数据采集仪；所述消声箱底部设有矩形开口，四周和顶面均采用多层吸声结构，其内、外层均为钢板，在中间填充玻璃纤维棉作为吸声材料，且与外层钢板之间保留一定厚度的空气层；在消声箱的前面还开有矩形门框，矩形门框中配置有隔声门；所述混响箱采用多层阻尼结构，顶部设有矩形开口，其内、外层也为钢板，在中间填充细沙阻尼材料，且与外层钢板之间保留一定厚度的空气层；在混响箱前、后、左、右四周内壁上安装不同半径的球顶面，实现混响箱内声能密度处处相等；在混响箱的前面还开设矩形门框；在混响箱的顶部留有矩形开口，框状压板夹具的下板固定在混响箱内部，上板浮动以便适应不同厚度的板材，且需对复合材料板试件的四边及相应的框状压板夹具打孔；所述混响箱和消声箱两个箱体通过螺栓组进行连接，也可分开使用，需要分开使用时，通过上下箱体支撑连接台体封闭箱体，混响箱或消声箱，装入到上下箱体支撑连接台体上即可；所述可伸缩式支撑框架上布置非接触式激光位移传感器、多个传声器和高速摄像头，和数据采集仪配合使用后，记录被测复合材料的振动、噪声声压和冲击变形的时域数据，并经过数据处理后获取动刚度、吸声系数、隔声系数和冲击阻抗等参数；所述高音号角的发声表面为矩形平面，其发声表面被安装在混响箱的底面，用以提供能量充足、激励强度和激励频率可控的噪声激励信号；所述压电陶瓷作为激振器使用，每组压电陶瓷在不使用时，都被固定在蛇形可伸缩细管内部前端的卡扣上，压电陶瓷的导电线也分布在蛇形可伸缩细管中，蛇形可伸缩细管可折叠收缩于混响箱四周内壁的孔通道中，通过多组孔通道，可实现压电陶瓷与压电陶瓷驱动电源的输出端相连接，并借助密封塞对孔通道进行密封；当需要进行振动激励时，通过高强度粘合剂将多组压电陶瓷粘贴在被测MLFLHL复合材料试件的下表面，蛇形可伸缩细管则可固定在混响箱的四周内壁上，可尽量保证混响箱内部的均匀声场；所述弹丸离心加速弹射装置是一个小型高速旋转装置，集成在上述的混响箱外面，通过金属软管将离心装置和喷射管连接，通过离心加速后实现弹射，并对复合材料板进行任意点的冲击激励，弹丸传感器内部安装传感器，预埋与无线发射装置，其接收端与数据采集仪相连，便于采集弹丸传感器冲击时的冲击接触力；改变离心加速的转速，可以控制弹射冲击的激励能量大小，可以造成被测复合材料的变形或贯穿冲击；当冲击速度较小时，弹丸传感器掉落在下箱体的底部的弹丸回收装置中；当冲击速度较大时，复合材料被弹丸传感器贯穿冲击后，弹丸传感器射入消声箱上部的弹丸回收装置，被其捕获；所述弹丸回收装置固定在消声箱的上表面和混响箱的下表面，主要为由聚醚多乙醇，泡沫稳定剂，催化剂、发泡剂、开孔剂等化学药剂制成的泡沫状固体，可对弹射装置发出的弹丸传感器起到回收保护的作用。所述消声箱四周侧壁上还预留一定数量的孔通道，借助密封塞对孔通道进行密封，箱壁上还安装有吸声尖劈。所述混响箱的箱内表面刷有白色磁漆。所述混响箱的前面还开设矩形门框，矩形门框中配置有隔声门，四周设置有橡胶密封条。所述噪声激励信号包括白噪声随机、简谐、脉冲多种激励类型。复合材料减震降噪抗冲击性能一体化测试仪的测试方法，具体包括如下步骤：(1)将被测的MLFLHL复合材料试件安装放入框状压板夹具中并拧紧螺栓固定；(2)分别将振动、噪声以及冲击激励的激励源布置到位并调整至待命状态；通过高强度粘合剂将多组压电陶瓷粘贴在被测复合材料试件的下表面，控制数据采集仪的信号输出通道发出脉冲激励信号，经过压电陶瓷驱动电源放大处理后，根据逆压电效应原理，实现对多本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.复合材料减震降噪抗冲击性能一体化测试仪，其特征在于：包括混响箱(2)、消声箱(1)及上下箱体支撑连接台体(17)、大功率高音号角(10)及前置功率放大器和纯后级功率放大器、多组压电陶瓷(18)及压电陶瓷驱动电源、弹丸离心加速弹射装置(13)和多组弹丸传感器(11)、可伸缩式支撑框架(4)、蛇形可伸缩细管(15)、激光位移传感器(6)、高速摄像头(7)、多个声压传感器(5)、弹丸回收装置(8)和数据采集仪；/n所述消声箱(1)底部设有矩形开口，四周和顶面均采用多层吸声结构，其内、外层均为钢板，在中间填充玻璃纤维棉作为吸声材料，且与外层钢板之间保留一定厚度的空气层；在消声箱的前面还开有矩形门框(3)，矩形门框(3)中配置有隔声门；/n所述混响箱(2)采用多层阻尼结构，顶部设有矩形开口，其内、外层也为钢板，在中间填充细沙阻尼材料，且与外层钢板之间保留一定厚度的空气层；在混响箱(2)前、后、左、右四周内壁上安装不同半径的球顶面(9)，实现混响箱(2)内声能密度处处相等；在混响箱(2)的前面还开设矩形门框(3)；在混响箱(2)的顶部留有矩形开口，框状压板夹具(14)的下板固定在混响箱(2)内部，上板浮动以便适应不同厚度的板材，且需对复合材料板试件的四边及相应的框状压板夹具打孔；/n所述混响箱(2)和消声箱(1)两个箱体通过螺栓组进行连接，也可分开使用，需要分开使用时，通过上下箱体支撑连接台体(17)封闭箱体，混响箱(2)或消声箱(1)，装入到上下箱体支撑连接台体(17)上即可；/n所述可伸缩式支撑框架(4)上布置非接触式激光位移传感器、多个传声器和高速摄像头，和数据采集仪配合使用后，记录被测复合材料的振动、噪声声压和冲击变形的时域数据，并经过数据处理后获取动刚度、吸声系数、隔声系数和冲击阻抗等参数；/n所述高音号角(10)的发声表面为矩形平面，其发声表面被安装在混响箱的底面，用以提供能量充足、激励强度和激励频率可控的噪声激励信号；/n所述压电陶瓷(18)作为激振器使用，每组压电陶瓷在不使用时，都被固定在蛇形可伸缩细管(15)内部前端的卡扣上，压电陶瓷的导电线也分布在蛇形可伸缩细管(15)中，蛇形可伸缩细管(15)可折叠收缩于混响箱四周内壁的孔通道中，通过多组孔通道，可实现压电陶瓷与压电陶瓷驱动电源的输出端相连接，并借助密封塞(16)对孔通道进行密封；当需要进行振动激励时，通过高强度粘合剂将多组压电陶瓷粘贴在被测MLFLHL复合材料试件的下表面，蛇形可伸缩细管则可固定在混响箱的四周内壁上，可尽量保证混响箱内部的均匀声场；/n所述弹丸离心加速弹射装置(13)是一个小型高速旋转装置，集成在上述的混响箱外面，通过金属软管将离心装置和喷射管(12)连接，通过离心加速后实现弹射，并对复合材料板进行任意点的冲击激励，弹丸传感器(11)内部安装传感器，预埋有无线发射装置，其接收端与数据采集仪相连，便于采集弹丸传感器冲击时的冲击接触力；改变离心加速的转速，可以控制弹射冲击的激励能量大小，可以造成被测复合材料的变形或贯穿冲击；当冲击速度较小时，弹丸传感器(11)掉落在下箱体的底部的弹丸回收装置中；当冲击速度较大时，复合材料被弹丸传感器贯穿冲击后，弹丸传感器(11)射入消声箱上部的弹丸回收装置(8)，被其捕获；/n所述弹丸回收装置(8)固定在消声箱的上表面和混响箱的下表面，主要为由聚醚多乙醇，泡沫稳定剂，催化剂、发泡剂、开孔剂等化学药剂制成的泡沫状固体，可对弹射装置发出的弹丸传感器(11)起到回收保护的作用。/n...

【技术特征摘要】
20191024 CN 20191101726471.复合材料减震降噪抗冲击性能一体化测试仪，其特征在于：包括混响箱(2)、消声箱(1)及上下箱体支撑连接台体(17)、大功率高音号角(10)及前置功率放大器和纯后级功率放大器、多组压电陶瓷(18)及压电陶瓷驱动电源、弹丸离心加速弹射装置(13)和多组弹丸传感器(11)、可伸缩式支撑框架(4)、蛇形可伸缩细管(15)、激光位移传感器(6)、高速摄像头(7)、多个声压传感器(5)、弹丸回收装置(8)和数据采集仪；
所述消声箱(1)底部设有矩形开口，四周和顶面均采用多层吸声结构，其内、外层均为钢板，在中间填充玻璃纤维棉作为吸声材料，且与外层钢板之间保留一定厚度的空气层；在消声箱的前面还开有矩形门框(3)，矩形门框(3)中配置有隔声门；
所述混响箱(2)采用多层阻尼结构，顶部设有矩形开口，其内、外层也为钢板，在中间填充细沙阻尼材料，且与外层钢板之间保留一定厚度的空气层；在混响箱(2)前、后、左、右四周内壁上安装不同半径的球顶面(9)，实现混响箱(2)内声能密度处处相等；在混响箱(2)的前面还开设矩形门框(3)；在混响箱(2)的顶部留有矩形开口，框状压板夹具(14)的下板固定在混响箱(2)内部，上板浮动以便适应不同厚度的板材，且需对复合材料板试件的四边及相应的框状压板夹具打孔；
所述混响箱(2)和消声箱(1)两个箱体通过螺栓组进行连接，也可分开使用，需要分开使用时，通过上下箱体支撑连接台体(17)封闭箱体，混响箱(2)或消声箱(1)，装入到上下箱体支撑连接台体(17)上即可；
所述可伸缩式支撑框架(4)上布置非接触式激光位移传感器、多个传声器和高速摄像头，和数据采集仪配合使用后，记录被测复合材料的振动、噪声声压和冲击变形的时域数据，并经过数据处理后获取动刚度、吸声系数、隔声系数和冲击阻抗等参数；
所述高音号角(10)的发声表面为矩形平面，其发声表面被安装在混响箱的底面，用以提供能量充足、激励强度和激励频率可控的噪声激励信号；
所述压电陶瓷(18)作为激振器使用，每组压电陶瓷在不使用时，都被固定在蛇形可伸缩细管(15)内部前端的卡扣上，压电陶瓷的导电线也分布在蛇形可伸缩细管(15)中，蛇形可伸缩细管(15)可折叠收缩于混响箱四周内壁的孔通道中，通过多组孔通道，可实现压电陶瓷与压电陶瓷驱动电源的输出端相连接，并借助密封塞(16)对孔通道进行密封；当需要进行振动激励时，通过高强度粘合剂将多组压电陶瓷粘贴在被测MLFLHL复合材料试件的下表面，蛇形可伸缩细管则可固定在混响箱的四周内壁上，可尽量保证混响箱内部的均匀声场；
所述弹丸离心加速弹射装置(13)是一个小型高速旋转装置，集成在上述的混响箱外面，通过金属软管将离心装置和喷射管(12)连接，通过离心加速后实现弹射，并对复合材料板进行任意点的冲击激励，弹丸传感器(11)内部安装传感器，预埋有无线发射装置，其接收端与数据采集仪相连，便于采集弹丸传感器冲击时的冲击接触力；改变离心加速的转速，可以控制弹射冲击的激励能量大小，可以造成被测复合材料的变形或贯穿冲击；当冲击速度较小时，弹丸传感器(11)掉落在下箱体的底部的弹丸回收装置中；当冲击速度较大时，复合材料被弹丸传感器贯穿冲击后，弹丸传感器(11)射入消声箱上部的弹丸回收装置(8)，被其捕获；
所述弹丸回收装置(8)固定在消声箱的上表面和混响箱的下表面，主要为由聚醚多乙醇，泡沫稳定剂，催化剂、发泡剂、开孔剂等化学药剂制成的泡沫状固体，可对弹射装置发出的弹丸传感器(11)起到回收保护的作用。


2.根据权利要求1所述的复合材料减震降噪抗冲击性能一体化测试仪，其特征在于：所述消声箱(1)四周侧壁上还预留一定数量的孔...

【专利技术属性】
技术研发人员：李晖，王子恒，崔晶，吕海宇，赵亚卿，刘洋，王东升，任旭辉，王文煜，许卓，姜世杰，孙伟，马辉，韩清凯，闻邦椿，
申请(专利权)人：东北大学，
类型：发明
国别省市：辽宁;21